La comunicazione, l'arte, l'estetica 

 

Saggio II 

 Luciano Severino

Era nuova contesto nuovo

 Il contesto per l'arte dei secoli XX e XXI

 

Home Su

Indice

La misurazione del tempo

La storia del nostro Universo è iniziata con il Big Bang quando si formano tempo, spazio, materia e radiazioni

In estrema sintesi:

la prima era - l'era dominata dalla radiazione, durò 300.000 anni; l'energia dei fotoni prevalse su quella della materia e si formarono da una parte, i protoni ed i neutroni per la fusione di tre particelle dette quark, e dall'altra, i nuclei di elio (particelle alfa) e di idrogeno pesante (deuteroni), per l'azione di forze nucleari; nella fase di ricombinazione cosmologica, si formarono atomi completi e l'Universo divenne trasparente alla radiazione;  la luce divenne radiazione infrarossa (per espansione) e per 200 milioni di anni l'Universo fu buio; 

nell'era dominata dalla materia o era stellare la forza gravitazionale formò le galassie e le stelle; nelle supernove gli elementi furono sintetizzati dall'idrogeno (nucleosintesi) e dalla nebulosa solare la forza gravitazionale dette origine al nostro Sistema Solare; tutto ha avuto quindi origine da quark ed elettroni per effetto delle forze nucleari, elettromagnetiche e gravitazionali.

 

clicca per ingrandire

 

La nascita e la misurazione del tempo

Secondo il cosmologo Stephen HawkIng, con la nascita dell' universo e, dunque, in corrispondenza del Big Bang. Per il russo llya Prigogine, premio Nobel 1977 per la chimica, il tempo invece esisteva già nel vuoto fluttuante prima del Big Bang, ma a uno stato potenziale, in attesa di un fenomeno di fluttuazione, come appunto la nascita dell' universo. In questo senso, dice Prigogine, il tempo precede l' esistenza e in esso potrebbero nascere altri universi.  

Come già accennato, il nostro Universo in evoluzione è composto da quattro elementi fondamentali: materia, radiazione, spazio e tempo, che possono essere misurati tutti con estrema precisione.

Qualsiasi fenomeno che si ripete con regolarità può essere usato per registrare il passare del tempo. Quali unità di misura del tempo, la natura aveva messo a disposizione dei nostri antenati tre fenomeni principali:

 

 

Il giorno (l'intervallo di tempo compreso fra l'alternarsi della luce del sole all'oscurità) è dato dalla rotazione della Terra attorno al suo asse. Un giorno solare vero dura circa 4 minuti in più di una rotazione rispetto alle stelle (circa un grado in più dei 360). Il centro del disco solare (il Sole vero) si muove lungo un'orbita ellittica con velocità variabile - più rapidamente in inverno, più lentamente in estate, pertanto è stato introdotto per convenzione un punto fittizio - il sole medio, che si muove con velocità costante sul piano dell'equatore celeste. Il sole medio ed il sole vero si incontrano una volta all'anno nel punto vernale (o equinozio di primavera, n.d.t.).

 

clicca per ingrandire

Una rivoluzione della Luna attorno alla Terra (cioè una lunazione) fu usata per indicare la durata di un mese ed ogni suo quarto per indicare la durata di una settimana. Il novilunio, il primo quarto, il plenilunio e l'ultimo quarto di Luna sono ben evidenti per tutti e dappertutto e l'intervallo di tempo compreso fra ciascuna fase è di sette giorni (una settimana) e nove ore. La lunazione piena (ovvero il mese sinodico) dura 29,5 giorni (1,5 giorni in più di quattro settimane). Il calendario lunare alterna pertanto mesi di 29 giorni con mesi di 30 giorni.

 

Una rivoluzione della Terra attorno al Sole equivale ad un anno. Il ritmo della vita nella biosfera (ovvero le stagioni) è dato dall'anno tropico, ossia l'intervallo di tempo compreso fra due passaggi del Sole davanti al punto vernale. Il punto vernale si sposta sull'eclittica verso ovest, cosicché un anno tropico è 20 minuti più breve di una rivoluzione completa della Terra (cioè di 360°), chiamata invece anno siderale.

 

 

Breve excursus sulla storia della  misurazione del tempo  

I giorni, le stagioni dell'anno e le fasi lunari erano forme di misurazione del tempo sufficienti per le esigenze delle comunità nomadi e dedite all'agricoltura. Nel corso della storia, sono stati messi a punto diversi strumenti per raffinare la misurazione del tempo, ossia il calcolo del passare del tempo.  I monoliti di Stonehenge, innalzati nel sud della Gran Bretagna 1500 anni prima di Cristo, servivano anche a scandire i tempi dell’anno grazie alla loro disposizione e alle ombre che proiettavano. Gli obelischi egiziani, così come le meridiane (introdotte dai Caldei otto secoli prima di Cristo) sfruttavano a loro volta le ombre. L’acqua invece era la materia prima delle antiche clessidre: già gli antichi Egizi sapevano che le loro pareti dovevano essere inclinate a 70° perché l’acqua scendesse in modo uniforme.

I Caldei, che usavano orologi solari, furono i primi ad introdurre una suddivisione del giorno in 12 ore. Da allora si sono succedute forme sempre migliori di misurazione del tempo: orologi ad acqua, clessidre, orologi meccanici (con bilanciere o a pendolo), orologi elettrici (con cristallo piezoelettrico) e l'orologio atomico (con il Cesio 133 o altri atomi). Lo stile di vita attuale  dipende totalmente da una misurazione precisa del tempo. Le scienze, le comunicazioni, i trasporti, la manifattura e le altre tecnologie dipendono pure da orologi esatti. Il primo orologio atomico fu costruito in Inghilterra nell'anno 1955.

Dunque, per migliaia di anni, fino all’undicesimo secolo, l’unico modo per misurare lo scorrere del tempo era affidarsi a meridiane e gnomoni, che però erano inservibili in caso di cielo nuvoloso; per gli impegni a lungo termine si contavano le notti e i giorni; gli appuntamenti erano dati all’alba o al tramonto, di più, quando si programmava un incontro molto importante con persone che risiedevano anche molto lontano, si stabiliva la località e il periodo.. dopodichè il primo che arrivava piantava le tende e aspettava; trascorso invano un certo periodo (considerando che si potevano percorrere circa cinquanta chilometri il giorno), si rientrava a casa e si ricominciava da capo.

A partire dal Alto Medioevo, mentre la maggior parte della popolazione lavorava la terra e nessuno sentiva l’esigenza di misurare il tempo la Chiesa, per scandire i ritmi della preghiera, basandosi sui ritmi del sole, adottò la consuetudine di denominare prima, terza, sesta e nona rispettivamente le nostre 6, 9, 12, 15.   

Dal XII secolo le campane di abbazie e chiese cominciarono a divenire un riferimento importante per chi lavorava in città: il loro scampanio era regolato da clessidre a sabbia o ad acqua o da candele tarate. Col passare del tempo furono introdotti timbri delle campane e suoni diversi per indicare l’inizio e la fine della giornata di lavoro, convocare assemblee, segnare l’apertura del mercato e la chiusura delle porte della città e così via.

Alla fine del 1200, l’invenzione degli orologi meccanici, che erano montati sulle torri dei municipi e dei campanili, stravolse le abitudini di migliaia di individui. Darsi appuntamento divenne più facile, ma solo per chi viveva nella stessa città. Infatti, tra paese e paese le differenze di misurazione del tempo potevano essere molto rilevanti e gli stessi orologi nell’arco delle ventiquattro ore, potevano raggiungere un'imprecisione di una o due ore. In quel periodo nasce la figura del "moderatore" il quale interveniva per caricare e rilanciare l’orologio.

La precisione aumentò  con l’invenzione dello "scappamento" ossia un dispositivo che distribuiva la forza del bilanciere e nel 1600, con l’uso del pendolo, le cui oscillazioni costanti mantenevano regolare il movimento degli ingranaggi.

Tra i secoli XV e XVI, la diffusione degli orologi da tavolo comportò un’altra importante svolta: il tempo divenne un affare privato e la puntualità un dovere sociale.

 Il balzo successivo fu l’applicazione del pendolo, nel XVII secolo, grazie agli studi di Galileo Galilei e di Christiaan Huygens.

Durante il XVIII, secondo il sociologo e urbanista americano Lewis Mumford (1895-1990), uno dei motori della rivoluzione industriale fu proprio l’orologio, che permise la sincronizzazione delle attività produttive.

Furono le ferrovie che diedero un impulso fortissimo per la nascita di un’ora universale e l’accordo arrivo nel 1884. Il presidente americano Chester Arthur convocò una conferenza per la creazione di un’ora internazionale, per amministrare ferrovie, telegrafi e poste.

Nel 1912 i fusi orari e lo standard time furono confermati a Parigi. Mentre nel 1913, dalla torre Eiffel, fu trasmesso il primo segnale radio unificato.

Oggi la scansione del tempo è basata sui movimenti atomici che consentono un’approssimazione infinitesimale.

Nel 1955, dopo due decenni di ricerche, fu realizzato il primo orologio atomico, un milione di volte più preciso delle misurazioni astronomiche.

C’è però una complicazione: a causa del progressivo rallentamento della rotazione terrestre, che dal 1900 ad oggi ha provocato un allungamento del giorno solare medio di circa 0,002 secondi atomici, il tempo universale accumula un ritardo rispetto al tempo atomico di circa un secondo ogni 500 giorni.

Nel 1972 si trovò un compromesso: si stabilì che quando lo scarto rispetto al tempo universale si avvicina a un secondo, si aggiunge un secondo all’orario ufficiale (così come si aggiunge un intero giorno negli anni bisestili).

In realtà, il modo migliore per misurare il tempo esiste in natura, anche se è scomodissimo da portare al polso. Si tratta delle cosiddette "pulsar": stelle densissime, rimasugli di supernove, che ruotano su se stesse a tutta velocità emettendo impulsi radio. Alcune di esse, per esempio quella conosciuta nei cataloghi stellari con il numero 1937+21, sono così regolari nelle loro emissioni da sgarrare, al massimo, di un microsecondo ogni dieci anni.

 

 

Sistemi ed unità di misura del tempo

Tempo assoluto. Secondo Newton (nel suo Principia) il tempo è indipendente da cose ed eventi, vale a dire è assoluto, e viene definito "durata". Se tutta la materia sparisse dall'Universo, quest'evento non influirebbe sul tempo assoluto (né sullo spazio assoluto).

Tempo atomico. E' il tempo misurato tramite la frequenza naturale degli atomi. Nella maggior parte degli orologi atomici viene usato l'isotopo atomico Cesio 133. Il primo orologio atomico venne costruito nel 1995 in Inghilterra, presso il Laboratorio di Fisica Internazionale. Vi sono 9.192.631.770 oscillazioni dell'isotopo del Cesio in un secondo. Nel 1967 l'orologio atomico è stato riconosciuto quale unità del tempo internazionale, sostituendosi così all'unità precedente, il secondo, basata sulla rotazione terrestre. La frequenza dell'atomo di Cesio è molto stabile (contrariamente alla rotazione della Terra). Un buon orologio atomico può misurare il tempo con una precisione di un secondo su 15 milioni di anni. La ricerca nel settore tecnologico è attualmente finalizzata a migliorare tale precisione di 1 secondo su 10 miliardi (diecimila milioni) di anni.

Il numero dei Giorni Giuliani (JD) è il numero dei giorni trascorsi dal mezzogiorno del 1 Gennaio 4713 a.C. La Data Giuliana è data dal numero del Giorno Giuliano seguito dalla frazione del giorno trascorso dal mezzogiorno precedente. Ad esempio, 2.437.666,5 era la mezzanotte fra il 1 ed il 2 Gennaio 1962.

Sole medio. Si tratta di un punto fittizio sull'equatore celeste che si muove a velocità costante in direzione Est che passa per il punto vernale simultaneamente al Sole vero. La sua distanza angolare dal meridiano determina il Tempo solare medio.

Data Giuliana Modificata (MJD). Inizia alla mezzanotte del giorno in esame e, per semplificazione, è formata da 2.400.000,5 giorni in meno rispetto alla Data Giuliana (JD). Non vi sono anni bisestili, né mesi nella JD e nella MJD, è una scala temporale ininterrotta e continua, ed è usata come tale nella storia e nell'astronomia.

Tempo relativistico. Secondo la teoria della relatività speciale, ogni cosa ha il suo tempo (la saggezza popolare diceva infatti: "Omnia tempus habent"). Il flusso del tempo misurato di oggetti in rapido movimento (ad esempio, delle particelle negli acceleratori o nei raggi cosmici) viene rallentato.

Secondo atomico. La sua definizione ufficiale è: "La seconde est la durée de 9.192.631.770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux nivaeaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133"1.

Giorno solare. Il giorno solare apparente è dato dall'intervallo temporale fra due passaggi al meridiano del Sole vero. Il giorno solare medio è dato invece dall'intervallo temporale fra due passaggi al meridiano del Sole medio.

TAI, Tempo Atomico Internazionale (Temps Atomique International). Negli anni '60 furono messe a punto le tecniche opportune per uniformare tutti gli orologi del mondo e fu così possibile stabilire una scala temporale atomica unica. Un vastissimo numero di orologi atomici sparsi nel mondo (oggi sono circa 350, per lo più orologi al Cesio) trasmisero i loro dati al Bureau International de l'Heure (BIH), dove viene calcolato il TAI. Esso è quindi una scala temporale statistica.

UT, Universal Time. Il Tempo Universale è il tempo solare medio del meridiano di Greenwich e viene calcolato a partire dalla mezzanotte di Greenwich. La sua unità è il giorno solare medio, che corrisponde al ritmo della vita sulla Terra.

UTC, Coordinated Universal Time. Il Tempo Universale Coordinato è il Tempo Universale (ossia il tempo di rotazione della Terra) coordinato con il Tempo Atomico Internazionale (TAI). L'UTC pertanto comprende entrambi i tempi, ovvero la praticità della rotazione terrestre e l'ammirevole regolarità delle oscillazioni atomiche. Diversamente dal TAI, esso conta i secondi interi e talora (se la differenza fra l'UT ed il TAI raggiunge 0,9 secondi) viene aggiunto o sottratto un "secondo bisestile".